JPH0243711B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は家畜、就中牛ふんを処理して液肥化す
る装置に関する。

従来、牛のふん尿を処理するためのピツトを地
下に設けて曝気処理を行い液肥化が行われてい
る。処が牛一頭につき一日50Kgの牛ふんが排出さ
れる。そして北海道では多数の牛を飼育すること
も普通のことであり、今100頭の牛を飼育すると
一日５屯のふん尿が発生する。そしてそのふん尿
処理槽は200屯〜1000屯のものが選ばれる。従つ
てふん尿の処理槽は大規模となるので比較的土地
利用の容易な北海道ではふん尿処理槽の価格との
絡みで地上タンクによる地上式ふん尿処理システ
ムが多用される。

第１図は従来例の地上式ふん尿処理槽の概略を
示す縦断面図である。１は地上に設置したスラリ
ータンクであつて槽底はコンクリートでそして周
壁は円筒形に鉄板で作られた内部に牛のふん尿が
収容される。スラリータンク１よりもはるかに小
容量のサブピツト２が地下式に設けられ、サブピ
ツト２に牛のふん尿の原水が投入される。サブピ
ツト２には立軸スラリーポンプ３が設けられ、立
軸スラリーポンプ３に吸込まれたふん尿液はサブ
ピツト２から吐出管６中をとおり、切換弁７を介
してスラリータンク１への送液管８と液肥取出管
９に分れる。そしてスラリータンク１の上部の切
換弁１１を介して給液口１２からふん尿表面に落
下させる。そして切換弁１１より直通する送液管
１４はスラリータンク１の槽底に横向きに開口す
る。

スラリータンク１の槽底とサブピツト２は送液
管１５により結ばれ、サブピツト２に開口する送
液管１５端には地上より操作できるゲート弁１６
が備えてある。

スラリータンク１中の被処理液面上に浮上式の
表面曝気装置１７が配されている。

このような地上式スラリータンクによる液肥化
処理は表面曝気装置１７にて曝気を行い乍ら、一
方サブピツト２にふん尿の原水を加え、又液肥化
が進んでいて取出しが可能なときは立軸スラリー
ポンプ３を運転してサブピツト２中の液を汲み上
げ、切換弁７を介して液肥取出管９よりスラリー
ローリー１８に移し変える。スラリータンク１中
の槽底近くの液は送液管１５をとおり開口してい
るゲート弁１６を介してサブピツト２に自然流下
により移動し、サブピツト２よりスラリーローリ
ー１８に移すものである。

立軸スラリーポンプ３による液送は切換弁７を
介してサブピツト２より送液管８をとおり、切換
弁１１を介して給液口１２に送るか、送液管１４
にてスラリータンク１の槽底に送る。

何れにしてもスラリータンク１にふん尿が入る
訳である。そこでゲート弁１６の作用はゲート弁
１６を閉めるとスラリータンク１の液面は上昇
し、ゲート弁１６を開けるとサブピツト２へスラ
リータンク１より液は流れる。そこで立軸スラリ
ーポンプ３が運転されており、液はスラリータン
ク１とサブピツト２を循環する。何故にこうする
かというにスラリータンク１は表面曝気装置１７
により表面曝気のみ行われているので槽底より液
を取り出し、曝気されている液面に戻さないと槽
底の液は全く処理されないからである。

この方式は表面曝気装置１７等により液表面で
曝気撹拌するものであるが撹拌力が弱く、撹拌半
径が小さく、しかも槽底まで撹拌力が及ばないた
め、サブピツト２に設置したポンプ３で不足分を
補う操作が必要である。処が送液管１４端より噴
出する液の力では一部その噴出口の回りの液を撹
拌するのみで槽表面を除く液は撹拌も曝気も極め
て弱いのである。しかも厳冬期には表面曝気装置
１７が十分な撹拌曝気ができず、外気（最低−20
℃〜−30℃）の影響で到底好気性菌の発酵適温と
はならず、結局表面曝気は何等生物化学的処理の
役目を果さず、従つて発酵熱の発生も別々たるも
のとなる。そして外気によりスラリータンク１内
液面が凍結することになる。従つて、春一番の牧
草地へ液肥を散布すべきときに、肥料としてのふ
ん尿が熟成されておらず且つ凍結により散布出来
ず、地上式ふん尿処理システムの運用に支障を来
していた。

本発明は以上のような寒冷地で多用されている
地上式ふん尿処理システムに適し、春一番の牧草
地へのふん尿液肥を散布すべきときに完全に熟成
されたふん尿が得られ、且つスラリータンクの凍
結がない地上式ふん尿処理システムに適する牛の
ふん尿の地上式液肥化処理装置を得ることを目的
とするものである。

本発明は地上のスラリータンクと、地上式のス
ラリータンクから自然流下による送液管によりゲ
ート弁を介して連通するサブピツトとサブピツト
に送液ポンプを備え該送液ポンプから地上のスラ
リータンクへの送液配管とスラリーローリへの液
肥取出配管を備え、地上のスラリータンクの槽底
に水中曝気装置を備えると共に地上のスラリータ
ンクの上部に消泡装置を備えた地上式ふん尿処理
装置において、複数の水中曝気装置を有し、前記
各曝気装置はスラリータンクの周方向に関し、同
じ回り勝手に噴流中心を向けてあることを特徴と
する地上式ふん尿処理装置である。

本発明の水中曝気装置は好ましくは無閉塞型水
中ポンプを備える曝気装置が備えられる。

以下、図面に従つて本発明の実施例について説
明する。第２図は縦断面図である。地上式のスラ
リータンク１と地下式のサブピツト２はゲート弁
１６を介してサブピツト２中に開口する送液管１
５により自然流下するように結ばれ、サブピツト
２中の牛のふん尿は立軸スラリーポンプ３により
吸込まれて吐出管６へ吐出される。立軸スラリー
ポンプ３は水中ポンプによることもできる。吐出
管６より出た牛のふん尿は送液管８を通じてスラ
リータンク１へ送られ、又吐出管６より分岐して
制止弁１９を介して液肥取出管９につながれてい
る。地上式のスラリータンク１の槽底には曝気装
置２０が設けられている。

第３図は曝気装置２０の縦断面図である。槽底
に設置される全体を２１で示す水中モータポンプ
は上部にモータ２２をその下方のモータ２２の下
部ブラケツト２３に中間ケーシング２４が固定さ
れており、中間ケーシング２４には図示されない
軸封装置が設けてあり、該軸封装置を挿通する主
軸２５端にはセミオープンの羽根車２６が固定さ
れ、羽根車２６は中間ケーシング２４に固定され
たポンプケーシング２７中に収容されており、羽
根車２６の開放側前面より空間をおいてポンプケ
ーシング２７には吸込口２９が設けてある。ポン
プケーシング２７には水中モータポンプ２１を支
持し、吸込口２９前流路を構成するように一体に
脚３１が設けてある。空間２８とその外周部は渦
巻室となるものであつて吐出し口３２に該渦巻室
がつながつている。このように構成されたポンプ
はボルテツクスポンプと称されるものである。

全体を３３で示すエゼクタは水中モータポンプ
２１から供給される液体を噴出するノズル３４
を、結合されたポンプケーシング２７と空気室３
５に挾持固定され、この空気室３５に真直に延び
て、ノズル３４から噴射される液体の速度エネル
ギの圧力を回復するデイフユーザ３６が固定され
ている。

エゼクタ３３に先端はスラリータンク１の槽底
に立設した取付具３７によりデイフユーザを挾持
固定してある。また空気室３５には、気体例えば
大気が導入される空気導入管３８が開口し、該管
は上方へ延びて大気中に開口し、その途中に仕切
弁３９が、また大気中の開口部には消音器４１が
設けられている。

モータ２２が起動されると主軸２５、従つて羽
根車２６が回転すると、羽根車２６内部で第３図
の紙面に投影される平面形が図示Ｂの流れが発生
し、この流れＢにつられて主軸２５の延長上を中
心とする渦Ａが発生し、吸込口２９より吸込まれ
た液体はスパイラル状に旋回し乍ら渦巻室より吐
出し口３２に向う。

吐出し口３２より流出する液体はノズル３４に
より空気室３５に噴射され、そしてデイフユーザ
３６の直線状部分の管の内壁３６′に接触する。
これによつて、空気導入管３８より空気が吸引さ
れ噴射された液体の表面と接触し次第に空気の通
路４０が狭くなり、接線的に内壁と液体が合わさ
り、その後速度エネルギが圧力回復されてデイフ
ユーザ３６から流出する。そして、このときボル
テツクスポンプの作用として吐出し口３２より流
出する液体は吐出し口３２の中心は主軸２５の延
長とは交叉又はくい違い交叉しているのである
が、吐出し口３２の中心を中心として旋回し乍ら
進み水流はねじりが与えられている。従つてノズ
ル３４、空気室３５、デイフユーザ３６と水流に
ねじりが与えられてゆるやかな旋回流が与えられ
る結果、ノズル３４より噴射される液体はデイフ
ユーザ３６の直線状の管の内壁３６′に旋回しな
がら接触するので、空気との接触面積が大きくな
り、且つデイフユーザ３６の直管部でも旋回して
いるので、実質的に該直管部分が長くなつたのと
同じ効果が得られ、それだけ吸入される空気量は
増大し、かつ吸入された空気は管の中心部に向つ
て進み、気泡が微細化される道程が長くなり、汚
水の浄化作用に好都合である大量の微細化された
気泡が得られるものである。

この曝気装置２０によればポンプの旋回流がノ
ズルを通じ、空気室、デイフユーザまで維持され
るので空気吸入量が著しく増大する。ボルテツク
スポンプであるから固形物もスラリータンク１中
を循環させることができ曝気装置より固形物が液
体と共に噴出され曝気が被処理液体含有物、組成
物について有効に作用する。

スラリータンク１の上部には消泡機４２が配さ
れる。

第４図は消泡機４２の詳細を示す縦断面図であ
る。スラリータンク１の上縁間にわたした梁５１
上部に台板４３をボルトにより固定した密閉容器
状になつた軸受保護ケース５０がボルトナツト４
５により取付けられている。台板４３には軸受ブ
ラケツト４６が軸受保護ケース５０内にあるよう
に固定され、電動機４７がボルトナツト４８によ
り固定されている。

軸受ブラケツト４６に装架した軸受４９は軸受
ブラケツト４６に固定された軸受カバー５２によ
り軸方向移動しないように固定され、軸受４９に
より主軸５３が軸方向移動しないように段部５３
ａ，５３ｂを軸受４９内輪に当接させて支持され
る。主軸５３の一端はキー５４を介してカツプリ
ング５５の一方の軸継手片５５ａに嵌入し、カツ
プリング５５の他方の軸継手片５５ｂはキー５６
を介して電動機４７の軸端に嵌入する。カツプリ
ング５５は円周上に配して軸方向にあけられたカ
ツプリングボルト５７（詳細は説明されない）に
より軸継手片５５ａ，５５ｂ間を回転力を伝える
如く連結するものである。

主軸５３の下端には泡切りに適する例えばセミ
オープンの羽根車５８をキー５９を介して嵌入し
軸頂ボルト６１を羽根車５８のボス中心のボルト
穴を挿通して主軸５３にねじ込み、主軸５３の段
６２に羽根車５８のボスを押し付け固定される。

消泡機４２の作用は羽根車５８下までは泡は上
昇してくるが、羽根車５８により泡は液化されと
ばされる。従つて或範囲について消泡され、スラ
リータンク１の液面上から羽根車５８までは泡は
残るがそれ以上には泡が上昇しないことである。

尚、消泡機としてモータと羽根車により構成さ
れる消泡装置において、モータに外気に連通する
開口と曝気装置の空気室に連通する開口を設けた
該両開口間を密閉してモータフレームの内又は外
をとおる空気通路を形成し、曝気装置の吸引作用
によりモータを冷却することを特徴とする消泡機
（実願昭56−079472号泡切装置）を用いると消泡
機のモータの発熱を利用して流入する空気を加温
させ、かつモータの冷却を計る効果を持つから曝
気装置が導入する空気が加温され、発酵を促進す
るのに都合がよい。この消泡機を用いるときは曝
気装置２０の空気導入管３８は消泡機４２に連結
される。

第５図はスラリータンクの平面図であつて曝気
装置２０と消泡機４２の配置を示すものである。
この実施例では曝気装置２０、消泡機４２は夫々
２台設けてあるが、３組以上設置してもよく一般
にはスラリータンク１の容量が大となると曝気装
置２０、消泡機４２の数は多くなる。

曝気装置２０はスラリータンク１の周壁に近寄
せて対称にエゼクタ３３よりの噴流中心６３が互
に反対方向を向いて平行となるように配される。
即ち、各曝気装置２０，２０はスラリータンク１
の周方向に関し、同じ回り勝手に噴流中心６３を
向けてある。そして消泡機４２はエゼクタ３３の
噴流中心６３とスラリータンク１の噴流中心６３
に近い方の周壁の間に配される。そして消泡機４
２を支持する梁５１は曝気装置２０の上方を通る
ように配される。この梁５１をこのように配する
ことにより曝気装置２０、消泡機４２への電気配
線、空気導入管３８の支持が一つの梁により行わ
れ、且つ曝気装置２０を槽底に下し、槽底より引
上げる荷役装置のの支持部材となるので便利であ
る。

このように構成された本発明の地上式ふん尿処
理装置は立軸ポンプ３の運転してサブピツト２中
の牛のふん尿原水を含む液は吐出管６、送液管８
をとおつてスラリータンク１に送り込まれる。ス
ラリータンク１が満水にならない限り、サブピツ
ト２中の原水はスラリータンク１へ移される。そ
して冬期スラリータンク１が満水となる立軸ポン
プ３は間欠して運転され、ゲート弁１６も立軸ポ
ンプ３の運転に合せて間欠して開閉する。これに
よつてサブピツト２はゲート弁１６を出る液によ
つて撹拌され好気性菌の混合が促進される。そし
てサブピツト２中の牛のふん尿の原水の割合が多
いからサブピツト２からスラリータンク１へ有機
物の供給が行われる。

スラリータンク１中では曝気装置２０が運転さ
れる。この運転方法は液肥化発酵過程の当初は好
気性菌のタネ菌をまず作り、さらに早期に増殖さ
せることを目的として、連続運転に近い運転を行
う。初期のこのような連続運転は粘性の高い原水
（ふん尿）を曝気により、粘性を低下させスラリ
ータンク内に効果的な撹拌による対流を形成する
ことにも役立つ。

第６図はスラリータンク１中のふん尿原水の粘
度の低下を示む線図であつて、横軸に曝気装置の
運転日数を縦軸にスラリータンク１内のふん尿の
粘度cpを示す。粘度曲線６４で示されるように
当初の六日間で約1200cp程度のふん尿は約50cp
程度まで急激に下り、それ以降は少ない変化であ
る。従つて液肥化初期は連続運転して粘度を下げ
ることにより曝気空気がふん尿に充分混入して好
気性菌が空気にふれる機会を多くする訳である。

このような運転が続くと、発酵が進み、液温の
上昇がみられる。同時に粘性は著しく低下し、撹
拌流がスラリータンク１内に効果的に対流を行な
うようになり、エゼクタ３３により供給された酸
素はスラリータンク１内の隅々まで行きわたる。
そしてある程度液温が上昇すると、好気性菌の活
性化が著しく行なわれるようになり、間欠運転に
切換えても、液温は連続運転に近い上昇をする。
（水中曝気装置により供給される空気量が多いた
め）何故ならば、前述した水中曝気装置では既に
連続運転によりエゼクタ３３により供給された空
気は微細な気泡となり、槽底部からスラリータン
ク１の隅々まで撹拌されるためふん尿への溶解効
率が良く好気性菌の呼吸に適した長時間の滞留状
態となつているためである。

曝気装置２０が運転されると第２図に符号Ｃで
示すように気液混合物は流れる。従つて、スラリ
ータンク１中の牛のふん尿は槽底より液面まで好
気性発酵に必要な空気をくまなく供給される。一
方牛のふん尿の新しい有機物は送液管８端よりス
ラリータンク１の液面上に供給され、下方に徐々
に移動し、槽底より送液管１５によつてサブピツ
ト２に送られ循環する。曝気が行われると液面上
には泡が発生する。この泡は放置するとスラリー
タンク１の上縁を越えて溢れ出るようになる。そ
こで消泡機４２が運転される。消泡機４２は泡が
上昇しない程度であればよいので間欠運転によつ
てもよい。

一方、曝気装置２０のエゼクタ３３より噴出す
る気水は第５図の平面図に符号Ｄで示すようにエ
ゼクタ３３の噴流中心６３より左右に広がる。そ
してこれらの流れＣ，Ｄはスラリータンク１の中
心を中心とする大きな速度のゆるい渦にのせられ
て旋回する。第２図、第５図を併せて矢印Ｃ，Ｄ
を見ると分るようにスラリータンク１中の牛のふ
ん尿はくまなく撹拌され、空気の供給を受ける。
従つて好気性菌による有機物分解過程はスラリー
タンク１中の牛のふん尿について全面的に行わ
れ、偏りが少ない。

既によく知られているように泡はふん尿中より
液面上に出るのである。従つて曝気装置のエゼク
タ前面直上が泡の発生が多いのであるが泡はその
部分でふくれ上るのはわずかであつて液面上に広
がり泡層を生ずるのである。そこで実験によつて
最適な泡層保持ができるように既にのべたように
第５図に示すように消泡機４２を配してある。消
泡機４２が運転されると図示二点鎖線Ｅ内に消泡
の効果が及ぶ。羽根車５８にふれる泡は液化さ
れ、羽根車５８より遠心力ではね飛ばされ、飛び
乍ら更に他の泡を液化する。従つて曝気装置２０
を運転し泡が連続して発生している状態で消泡機
４２を運転すると消泡機４２を中心とする凹形泡
面が出来上る。そこで消泡機４２はスラリータン
ク１の周壁とエゼクタ３３の噴流中心６３との間
に配してあるから、泡がスラリータンク１の周縁
を越えてあふれることがないのである。そして羽
根車５８による消泡の性質上羽根車５８により下
方の泡は消滅しないのでスラリータンク１のふん
尿液面は泡で確実に蔽われ保温される。

第７図は本発明の地上式ふん尿処理装置による
実験データを示す線図である。横軸には日数をと
り縦軸には温度及び曝気量を示す。

符号６５はスラリータンク１内のふん尿の温度
を示す線でこの温度は液の深さの何れの場所も同
一であつた。即ち撹拌が充分行われていることが
間接的に示されている。符号６６は曝気量m³／
hr、符号６７は外気の日温を示す線である。

スラリータンク１に牛のふん尿が満されると曝
気装置２０は連続運転される。そして既にのべた
ように内部のふん尿は粘度が低下し曝気が有効に
作用するようになると曝気装置２０は間欠運転さ
れる。そして曝気装置２０を30分作動、30分休止
の間欠運転を行うと当初急激に被処理液の温度は
上昇し、間欠曝気を始めてから約５日で転向点に
達し次第に温度上昇率は低下する。そして間欠曝
気を始めてから約16日で温度40度Ｃに達する。間
欠曝気を始めて16日以降も尚被処理液の温度は上
昇する。この間外気温６７は上下しているけれど
も、スラリータンク１内のふん尿の温度は日単位
の温度変化によつて殆んど影響を受けていない。
ふん尿の腐熟の程度はPHの変化で判別できること
は知られている処であり、当初スラリータンク１
内のふん尿はPH7.4、11日目でPH8.2、22日目でPH
8.4であつた。従つて上述したスラリータンク内
のふん尿の温度は40度Ｃ程度までの上昇でその後
は上昇がわずかとなつているのは暖地における同
様の処理における上昇温度50℃より低いが外気温
による放熱と考えられる。然しPHが8.4に変化し
ていることより見て腐熟していることが判明す
る。尚、曝気量は約14日目からはバクテリアの増
殖率の低下に応じててい減してある。

かくして腐熟が進むとゲート弁１６を開けて立
軸スラリーポンプ３を運転し、制止弁１９を開け
て液肥取出管９よりスラリーローリー１８に液肥
化された牛のふん尿を移し変えて散布する。

以上のとおり、本発明の地上式ふん尿処理装置
はスラリータンク槽底に複数の水中曝気装置を有
し、前記各曝気装置はスラリータンクの周方向に
関し、同じ回り勝手に噴流中心を向けてあること
を特徴とする地上式ふん尿処理装置とたから曝気
がスラリータンク中の全被処理液に及び又全被処
理液が均一によく撹拌される。そして発酵熱が被
処理液体で均一に生じ、液面上の泡は消泡機によ
り槽外に溢れることなく最大限保ち得るから保温
性がよい。実施例は曝気装置に近いスラリータン
ク周壁と曝気噴流中心との間に消泡機を配したか
ら泡が溢れず液上に泡を残すのに都合がよい。実
施例は曝気装置はボルテツクスポンプを備えるも
のであるから上述の効果を更に強調するように曝
気空気がよく被処理液に混入する。

かくしてスラリータンク槽底に備える曝気装置
と消泡機の働きにより外気が低温にかゝわらず腐
熟が促進され、肥料効果の高いふん尿液肥が季節
を選ばず得られる。そして均一な曝気により悪臭
防止などの公害防止の役目を果すことができる。

尚、以上における曝気装置は水中モータポンプ
を備えるボルテツクスポンプの曝気装置である
が、少なくともエゼクタが水中にありスラリータ
ンク槽底にて曝気されるものであればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の地上式ふん尿処理装置の縦断
面図、第２図以下は本発明の実施例に関する図面
であつて第２図は縦断面図、第３図は曝気装置の
縦断面図、第４図は消泡機の縦断面図、第５図は
スラリータンクの平面図、第６図はスラリータン
ク内の被処理物の粘度を示す線図、第７図は本発
明のスラリータンク内温度の経日変化を示す線図
である。 １……スラリータンク、２……サブピツト、３
……立軸スラリーポンプ、６……吐出管、７……
切換弁、８……送液管、９……液肥取出管、１１
……切換弁、１２……給液口、１４，１５……送
液管、１６……ゲート弁、１７……表面曝気装
置、１８……スラリーローリー、１９……制止
弁、２０……曝気装置、２１……水中モータポン
プ、２２……モータ、２３……下部ブラケツト、
２４……中間ケーシング、２５……主軸、２６…
…羽根車、２７……ポンプケーシング、２８……
空間、２９……吸込口、３１……脚、３２……吐
出し口、３３……エゼクタ、３４……ノズル、３
５……空気室、３６……デイフユーザ、３６′…
…管壁、３７……取付具、３８……空気導入管、
３９……仕切弁、４０……通路、４１……消音
器、４２……消泡機、４３……台板、４４……ボ
ルト、４５……ボルトナツト、４６……軸受ブラ
ケツト、４７……電動機、４８……ボルトナツ
ト、４９……軸受、５０……軸受保護ケース、５
１……梁、５２……軸受カバー、５３……主軸、
５３ａ，５３ｂ……段部、５４……キー、５５…
…カツプリング、５５ａ，５５ｂ……軸継手片、
５６……キー、５７……カツプリングボルト、５
８……羽根車、５９……キー、６１……軸頂ボル
ト、６２……段、６３……噴流中心、６４……粘
度曲線、６５……温度線、６６……曝気量、６７
……外気温。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地上のスラリータンクと、地上式のスラリー
   タンクから自然流下による送液管によりゲート弁
   を介して連通するサブピツトとサブピツトに送液
   ポンプを備え該送液ポンプから地上のスラリータ
   ンクへの送液配管とスラリーローリへの液肥取出
   配管を備え、地上のスラリータンクの槽底に水中
   曝気装置を備えると共に地上のスラリータンクの
   上部に消泡装置を備えた地上式ふん尿処理装置に
   おいて、複数の水中曝気装置を有し、前記各曝気
   装置はスラリータンクの周方向に関し、同じ回り
   勝手に噴流中心を向けてあることを特徴とする地
   上式ふん尿処理装置。